Промтов М.А. - Машины и аппараты с импульсными энергетич. воздейств. на обрабат. вещества. Промтов М.А. - Машины и аппараты с импульсными энергетич. воздей. М. А. Промтов машины и аппараты с импульсными энергетическими
 Скачать 2.8 Mb.
|
|
У СВОБОДНОГО ЛОПАТОЧНОГО КОЛЕСА ТАКЖЕ МОЖНО ОБНАРУЖИТЬ ДИС- КРЕТНУЮ СОСТАВЛЯЮЩУЮ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ НА ЧАСТОТЕ н f [13]. РАЗРАБОТАНЫ ТАКЖЕ ПУЛЬСАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА БЕЗ ПРЯМОГО КОНТАКТА РАБОЧИХ ОРГАНОВ С ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ СРЕДОЙ [14]. ПУЛЬСАЦИОННЫЙ ЦЕН- ТРОБЕЖНЫЙ НАСОС (ПЦН) НЕ ИМЕЕТ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ И ПРЕДНАЗНАЧЕН ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ РАСТВОРОВ ВЯЗКОСТЬЮ ДО 50 ПА·С ПРИ НАПОРЕ ДО 7 КПА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДО 10 М 3 /Ч. ЕГО ПРИМЕНЯЮТ В ЭКСТРАКТОРАХ ТИПА СМЕ- СИТЕЛЬ-ОТСТОЙНИК, А ТАКЖЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ В РЕАКТОРАХ РАЗЛИЧНОГО ТИПА С ВЫСОТОЙ НАЛИВА ДО 1,5 М. ПРИ ПОДАЧЕ ВОЗДУХА В ПУЛЬСКАМЕРУ 7 (РИС. 3.11, ЛЕВАЯ СХЕМА) ЖИДКОСТЬ ВЫТЕСНЯЕТСЯ ЧЕРЕЗ НЕ- ПОДВИЖНЫЙ СОПЛОВОЙ АППАРАТ 5, СООБЩАЮЩИЙ ЕЙ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕ- НИЕ. ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ ЖИДКОСТЬ ОТБРАСЫВАЕТСЯ В КОЛЬЦЕВОЙ КАНАЛ 4. В ЦЕНТРЕ ВИХРЯ ВОЗНИКАЕТ РАЗРЕЖЕНИЕ, ПОЭТОМУ ЖИД- КОСТЬ ИЗ ВСАСЫВАЮЩЕГО ПАТРУБКА ТОЖЕ ПОСТУПАЕТ В КАНАЛ 4, ОТКУДА ОНА, СМЕШИВАЯСЬ С ЖИДКОСТЬЮ, ВЫТЕСНЕННОЙ ИЗ ПУЛЬСКАМЕРЫ, ПОПАДАЕТ В НА- ПОРНУЮ ПОЛОСТЬ. ПОСКОЛЬКУ ЖИДКОСТЬ В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ 4 И НАПОРНОЙ ПОЛОСТИ 6 ПРОДОЛЖАЕТ ДВИГАТЬСЯ ПО ИНЕРЦИИ, ТО ВО ВРЕМЯ ВЫПУСКА ВОЗДУ- ХА ИЗ ПУЛЬСКАМЕРЫ В ПОСЛЕДНЮЮ ПОСТУПАЕТ ЖИДКОСТЬ ИЗ ВСАСЫВАЮЩЕГО ПАТРУБКА 2. ЗАТЕМ ЦИКЛ ПОВТОРЯЕТСЯ [14]. ПУЛЬСАЦИОННЫЙ КЛАПАННЫЙ НАСОС (ПКН) ИМЕЕТ КЛАПАНЫ С БЕЗУДАРНОЙ ПОСАДКОЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕН ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ РАСТВОРОВ И ПУЛЬП ВЯЗКО- СТЬЮ ДО 0,5 ПА·С ПРИ НАПОРЕ ДО 0,3 – 0,5 МПА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ДО 100 М 3 /Ч. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПКН АНАЛОГИЧЕН ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОГО НАСОСА С ТОЙ РАЗНИЦЕЙ, ЧТО РОЛЬ ПОРШНЯ ВЫПОЛНЯЕТ ВОЗДУХ, УРОВЕНЬ КО- ТОРОГО КОЛЕБЛЕТСЯ В ПУЛЬСКАМЕРЕ 2 (РИС. 3.11, ПРАВАЯ СХЕМА). Рис. 3.11 Схемы бесконтактных пульсационных устройств НАСОС ДОЛЖЕН БЫТЬ ПОД ЗАЛИВОМ, ЧТОБЫ ПУЛЬСКАМЕРА БЫЛА ЗАПОЛНЕНА РАСТВОРОМ ПЕРЕД НАЧАЛОМ РАБОТЫ. ПРИ ПОДАЧЕ ВОЗДУХА В ПУЛЬСКАМЕРУ 2 ВПУСКНОЙ КЛАПАН 4 ЗАКРЫВАЕТСЯ, НАПОРНЫЙ 6 ОТКРЫВАЕТСЯ, И ЖИДКОСТЬ ВЫТЕКАЕТ ЧЕРЕЗ НАПОРНЫЙ ТРУБОПРОВОД 7. ПРИ ВЫПУСКЕ ВОЗДУХА ЖИДКОСТЬ ИЗ ЕМКОСТИ ЧЕРЕЗ ВСАСЫВАЮЩИЙ ПАТРУБОК 5 И ОТКРЫТЫЙ ВПУСКНОЙ КЛАПАН 4 ЗАПОЛНЯЕТ ПУЛЬСКАМЕРУ. ДАЛЕЕ ЦИКЛ ПОВТОРЯЕТСЯ. СИСТЕМА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПУЛЬСАЦИИ ПОЗВОЛИЛА СОЗДАТЬ НАДЕЖНЫЕ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО ПЕ- РЕМЕШИВАНИЯ И НЕ ТРЕБУЮЩИЕ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ. ПУЛЬСАЦИОННОЕ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ППУ) – ЭТО ОТДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ, УСТАНАВЛИВАЕМЫЙ В АППАРАТЕ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ РЕАКЦИОННОГО ОБЪЕМА. ППУ ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ ТРИ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТА: 1) СОПЛОВЫЙ АППАРАТ (НЕПОДВИЖНАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕННЫМ ОБРАЗОМ ОРИ- ЕНТИРОВАННЫХ СОПЕЛ, КОТОРЫЕ СЛУЖАТ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПУЛЬСИРУЮ- ЩИХ СТРУЙ В РЕАКЦИОННОМ ОБЪЕМЕ); 2) ПУЛЬСАЦИОННУЮ КАМЕРУ; 3) РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНУЮ ПОЛОСТЬ, СООБЩАЮЩУЮ ПУЛЬСАЦИОННУЮ КАМЕРУ С СОПЛОВЫМ АППАРАТОМ. ППУ МОЖНО РАЗДЕЛИТЬ НА ДВА ОСНОВНЫХ ТИПА: ПЕРЕКРЕСТНО-СТРУЙНЫЕ И ДИСКОВЫЕ. ППУ ПЕРЕКРЕСТНО-СТРУЙНОГО ТИПА (РИС. 3.12, А) СОСТОИТ ИЗ КОАКСИАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ПАТРУБКА ВВОДА 1, ПУЛЬСАЦИОННОЙ КАМЕРЫ 2 И РАСПРЕДЕ- ЛИТЕЛЬНОЙ ПОЛОСТИ 4. СОПЛА 5 ИМЕЮТ ОДИНАКОВУЮ ТАНГЕНЦИАЛЬНУЮ И РАЗ- ЛИЧНУЮ ВЕРТИКАЛЬНУЮ ОРИЕНТАЦИЮ. ВНУТРИ ПУЛЬСКАМЕРЫ 2 УСТАНОВЛЕНА УСПОКОИТЕЛЬНАЯ РЕШЕТКА 3. ПРИ РАБОТЕ ППУ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ПУЛЬСКАМЕРЕ ПРЕОБРАЗУЕТСЯ СОПЛАМИ В ПУЛЬСАЦИЮ СТРУЙ ЖИДКОСТИ. БЛА- ГОДАРЯ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ СОПЕЛ, ВСЯ МАССА ЖИДКОСТИ В АППА- РАТЕ ПРОНИЗЫВАЕТСЯ СТРУЯМИ И ПРИВОДИТСЯ ВО ВРАЩЕНИЕ. ЖИДКОСТЬ ПОПЕ- РЕМЕННО ТО ВЫБРАСЫВАЕТСЯ ИЗ СОПЕЛ (ПРЯМОЙ ХОД ПУЛЬСАТОРА), ТО ЗАСАСЫ- ВАЕТСЯ ЧЕРЕЗ НИХ В ПУЛЬСКАМЕРУ (ВЫХЛОП), ТАК ЧТО ВЕСЬ ЕЕ ОБЪЕМ МНОГО- КРАТНО ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ ПУЛЬСКАМЕРУ, ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В КОТОРОЙ ОЧЕНЬ ВЕЛИКА. 3 5 4 8 1 7 6 2 7 6 2 3 4 5 A – A A A Жидкость Жидкость ППУ ДИСКОВОГО ТИПА (РИС. 3.12, Б) ИМЕЮТ ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ РАСПРЕДЕЛИ- ТЕЛЬНУЮ ПОЛОСТЬ, СНАБЖЕННУЮ БОЛЬШИМ ЧИСЛОМ ВЕРТИКАЛЬНО (ВВЕРХ И ВНИЗ) НАПРАВЛЕННЫХ СОПЕЛ. ПРИ РАБОТЕ ППУ ВСЛЕДСТВИЕ ОДИНАКОВОЙ ОРИ- ЕНТАЦИИ ВЕРХНЕЙ И НИЖНЕЙ ГРУПП СОПЕЛ СТРУИ, СЛИВАЯСЬ, ОБРАЗУЮТ НАПРАВЛЕННЫЕ ПОТОКИ ЖИДКОСТИ. ПОТОК ОТ ВЕРХНИХ СОПЕЛ ДВИЖЕТСЯ ВВЕРХ, ЗАТЕМ, ДОСТИГНУВ ЗЕРКАЛА ЖИДКОСТИ, ОТКЛОНЯЕТСЯ К ПЕРИФЕРИИ И ЗАТЕМ НАПРАВЛЯЕТСЯ ВВЕРХ. НА УРОВНЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ДИСКА ПОТОКИ СМЕШИВАЮТСЯ И ВНОВЬ ВОВЛЕКАЮТСЯ В ДВИЖЕНИЕ, ОБРАЗУЯ ДВА ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ КОНТУРА. Рис. 3.12 Схемы пульсационных перемещивающих устройств ИЗ ПУЛЬСАЦИОННЫХ АППАРАТОВ НАИБОЛЕЕ ШИРОКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОЛУЧИЛИ КОЛОННЫ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ [14]. ПУЛЬСАЦИОННЫЕ КОЛОННЫ (ПК), ПО СУЩЕСТВУ, ЯВЛЯЮТСЯ УНИВЕРСАЛЬНЫМ РЕАКТОРОМ, ТАКИМ ЖЕ, КАК БАКОВЫЕ (ОБЪЕМНЫЕ) РЕАКТОРЫ, С ТОЙ РАЗНИЦЕЙ, ЧТО В НИХ МОЖНО ОСУЩЕСТВЛЯТЬ НЕПРЕРЫВНЫЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ И МНОГОСТАДИЙНЫЙ, ПРОЦЕСС. ВОЗМОЖНО ТАКЖЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКОМ ИЛИ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМАХ, ОДНАКО, ПРИ ЭТОМ ТЕРЯЕТСЯ БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ИХ ДОСТОИНСТВ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИИ ЖИДКОСТИ РЕЗКО УЛУЧШАЕТ ГИДРОДИНАМИ- ЧЕСКИЙ РЕЖИМ В КОЛОННАХ И ЗНАЧИТЕЛЬНО УВЕЛИЧИВАЕТ ИХ ПРЕИМУЩЕСТВО ПЕРЕД БАКОВЫМИ РЕАКТОРАМИ (В ТОМ ЧИСЛЕ И ПУЛЬСАЦИОННЫМИ). НА ОСНОВЕ ПУЛЬСАЦИОННЫХ КОЛОНН СОЗДАНЫ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕ- НИЯ РАЗНООБРАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ. КАК И ДРУГИЕ КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ, ПУЛЬ- САЦИОННЫЕ КОЛОННЫ (РИС. 3.13) СОСТОЯТ ИЗ РЕАКЦИОННОЙ 3 И ОТСТОЙНЫХ 1, 6 ЗОН. В РЕАКЦИОННОЙ ЗОНЕ РАСПОЛОЖЕНА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ НАСАДКА 4. пУЛЬСА- ЦИОННЫЕ КОЛОННЫ С ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ПУЛЬСАЦИИ СНАБ- ЖЕНЫ 3 2 1 1 2 3 4 5 4 5 6 А a ) б ) СПЕЦИАЛЬНОЙ ПУЛЬСАЦИОННОЙ КАМЕРОЙ 7. ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПУЛЬСАЦИИ К КОЛОННЕ ПОДКЛЮЧАЕТСЯ ПУЛЬСАТОР. Пульсационные аппараты роторного типа (ПАРТ) используются для обработки таких систем как «жидкость – жидкость», «жидкость – твердое тело» и «газ – жидкость». Для каждого конкрет- ного технологического процесса существуют определенные предпочтения в типе конструктивного и технологического оформления ПАРТ [12]. Пульсационные аппараты роторного типа различных видов и модификаций нашли применение в гидромеханических и тепломассообменных процессах за счет широкого спектра факторов воздействия: − механическое воздействие на частицы гетерогенной среды, заключающееся в ударных, срезы- вающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями ПАРТ; − гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости; − гидроакустическое воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульса- ций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов. Наиболее существенными и определяющими интенсивность ХТП и эффективность работы ПАРТ являются гидродинамический и гидроакустический факторы воздействия. ПАРТ, в основу работы которых положены эти факторы воздействия, относятся к классу роторных гидродинамиче- ских излучателей, которые обычно называются роторными аппаратами с модуляцией потока (РАМП) или роторными импульсно-кавитационными аппаратами (РИКА). Последнее название наи- более точно определяет факторы воздействия на жидкую среду. Стандартная схема ПАРТ показана на рис. 3.14. Принцип работы аппарата заключается в следую- щем. Обрабатываемая жидкость подается под давлением или самотеком через входной патрубок в полость ротора 1, проходит через каналы ротора 2, каналы статора 3, рабочую камеру 4 и выходит из аппарата через выходной патрубок. При вращении ротора, его каналы периодически совпадают с ка- налами статора. Выходя из канала статора, жидкость собирается в рабочей камере и продвигается к выходному патрубку. В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за корот- кий промежуток времени сбрасывается и в результате этого в канал статора распространяется им- пульс давления. Скорость жидкости в канале статора является переменной величиной. При распространении в ка- нале статора импульса избыточного Рис. 3.14 Схема пульсационного аппарата роторного типа давления, вслед за ним возникает кратковременный импульс пониженного («отрицательного») давле- ния, так как совмещение каналов ротора и статора завершилось, и подача жидкости в канал статора происходит только за счет транзитного течения из радиального зазора между ротором и статором. Объ- ем жидкости, вошедшей в канал статора, стремится к выходу из канала, и инерционные силы создают растягивающие напряжения в жидкости, что вызывает кавитацию. Кавитационные пузырьки растут при воздействии импульса пониженного давления и схлопываются или пульсируют при увеличении давле- ния в канале статора. Часть кавитационных пузырьков выносится в рабочую камеру. В связи с тем, что скорость потока жидкости в канале статора велика и пульсирует, поток является турбулентным. При вращении ротора в зазоре между ротором и статором возникают большие сдвиго- вые напряжения. Рабочие поверхности ротора и статора воздействуют на жидкую гетерогенную среду за счет механического контакта, создавая высокие срезывающие и сдвиговые усилия. ПРИ ДВИЖЕНИИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ В КАНАЛ СТАТОРА ГЕНЕРИРУЕТСЯ ИМ- ПУЛЬС ДАВЛЕНИЯ [12] ( ) 5 , 0 0 ген 2 π ρ = = S dt dV t P P , (3.5) 1 2 3 4 R k l c l р R p R с δ а h h k ГДЕ S 0 – ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ КАНАЛА СТАТОРА; V – СКОРОСТЬ ПОТОКА ЖИДКОСТИ; Ρ – ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТИ. СКОРОСТЬ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ИЗ НЕСТАЦИОНАРНОГО УРАВ- НЕНИЯ БЕРНУЛЛИ ( ) ρ − ω + ρ = ν + ξ + λ + π + β с 2 p 2 ст э 2 э 2 0 2 ) ( 2 ) ( 2 2 Р R Р d V t B V t d lV t dt dV S l , (3.6) ГДЕ Β – КОЭФФИЦИЕНТ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ; L – СУММАР- НАЯ ДЛИНА ЗАЗОРА МЕЖДУ РОТОРОМ И СТАТОРОМ И КАНАЛОВ РОТОРА И СТАТОРА; V(T) – СРЕДНЯЯ ПО СЕЧЕНИЮ КАНАЛА СТАТОРА СКОРОСТЬ ПОТОКА ЖИДКОСТИ; λ(T) – КОЭФФИЦИЕНТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРЕНИЯ; D Э – ЭКВИВАЛЕНТ- НЫЙ ДИАМЕТР КАНАЛА СТАТОРА; ξ(T) – СУММАРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ МЕСТНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ; B(T) – КОЭФФИЦИЕНТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, УЧИТЫВАЮЩИЙ ПОТЕРИ НАПОРА, ЛИНЕЙНО ЗАВИСЯЩИЕ ОТ СКОРОСТИ ПОТОКА; ν – КОЭФФИЦИЕНТ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ; P СТ – СТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ В ПОЛОСТИ РОТОРА; P С – ДАВЛЕНИЕ В КАМЕРЕ СТА- ТОРА; Ω – УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ РОТОРА; R P – РАДИУС ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РО- ТОРА. Конструктивные особенности вибрационных аппаратов, как правило, определяются характером вибрационных колебаний, совершаемых элементами насадки [15]. В большинстве аппаратов на- правление вибрационных колебаний насадки совпадает с продольной (вертикальной) осью аппара- та. В этом случае применяют насадку, выполненную в виде горизонтальных дисков, закрепленных на вертикальных штангах, совершающих продольные колебательные движения. Значительно реже используют вращательные колебания насадки, совершаемые вокруг продольной оси аппарата. В та- ких аппаратах насадку выполняют в виде вертикальных перфорированных пластин, прикрепленных к вертикальному валу. Предложены также аппараты, в которых насадка совершает колебания попе- рек продольной оси аппарата или под углом к ней. В ряде конструкций вибрационных аппаратов все элементы насадки жестко связаны со штангой или валом и при работе совершают идентичные по частоте и амплитуде колебания. В других конструкциях насадка собрана в два самостоятельных пакета, совершающих колебательные движения с одинаковой частотой, но сдвинутые по фазе на половину периода, в результате чего пакеты движутся в противопо- ложных направлениях (асинхронно). В вибрационных аппаратах, как правило, используются синусои- дальные колебания насадки, реже используются трапециевидные и пилообразные колебания. Вибрирующие перемешивающие устройства применяют как в колонных аппаратах, где стремятся создать гидродинамический режим, приближающийся к идеальному вытеснению, так и в емкостных аппаратах, где гидродинамический режим приближается к идеальному смешению [15]. Конструкция аппаратов, в которых насадка совершает продольные синхронные колебания, наибо- лее проста. В корпус аппарата входит шток приводного механизма, к которому прикреплены диски на- садки. Вертикальные перемещения штока влекут за собой синхронные перемещение всего пакета на- садки. С целью интенсификации массообмена и уменьшения энергозатрат на создание колебаний насадки предложено несколько конструкций вибрационных аппаратов, у которых насадка разбита на два пакета, и каждый пакет относительно другого совершает колебательные движения, смещенные на половину пе- риода. Так, в конструкции И.Я. Пономаренко, И.Т. Поколенко и Я. Прохазки в цилиндрическом корпусе аппарата помещены две вертикальные штанги, на которых в чередующейся последовательности закреп- лены горизонтальные перфорированные диски (рис. 3.15, левая схема). На рис. 3.15 (средняя схема) приведена схема устройства вибрационной колонны Я. Прохазки. При работе аппарата штанги 9 и 10 движутся в вертикальном направлении, в противоположные стороны, благодаря чему соседние диски 8 и 15 насадки также движутся в противоположные сторо- ны вдоль вертикальной оси аппарата. Такое движение соседних дисков насадки в противоположные стороны создает зоны сжатия и разрежения жидкой рабочей среды, активизирует взаимодействие среды и насадки, попеременно уве- личивая и уменьшая скорости прохождения среды через отверстия в ее дисках. Все это ведет к усиле- нию процессов диспергирования и перемешивания взаимодействующих фаз и таким образом интенси- фицирует массообмен. В конструкции вибрационного аппарата, предложенной С.М. Григорьевым (рис. 3.15, правая схема), одна штанга 4 выполнена в виде короткой трубы, а другая 2 – в виде длинного штока, пропу- щенного сквозь трубчатую штангу 4. Пакет дисков 5, закрепленных на трубчатой штанге, расположен над пакетом дисков 3, закрепленных на целиковой штанге. При работе аппара- та оба пакета совершают возвратно-поступательные движения, также сдвинутые относительно друг друга по фазе на 180 градусов. Известен также аппарат со встречным движением дисков насадки, в котором диски на штангах крепятся группами. К числу достоинств аппаратов с асинхронным движением элементов насадки следует отнести: снижение расхода энергии на создание колебаний насадки (когда идет подъем одного пакета, вто- рой опускается вниз, отдавая приводу часть энергии, затраченной ранее на подъем) и уменьшение механических нагрузок на фундамент, корпус и привод аппарата (рис. 3.16). В качестве недостатка следует отметить большую сложность конструкции. Стремление интенсифицировать массообмен путем уменьшения продольного перемещения и акти- визации поперечного перемещения фаз привело к разработке ряда конструкций вибрационных аппара- тов, в Рис. 3.17 Схема вибрационного аппарата с горизонтально колеблющимися пластинами: 1, 3 – валы; 2 – корпус; 4, 5 – пластины; 6 – крепление пластин которых насадка одновременно с перемещениями в продольном направлении совершает перемеще- ния и в поперечном направлении. 4 3 5 6 10 9 8 7 1 2 5 6 2 1 3 4 Б – Б Б Б A Рис. 3.16. Вибрационный аппарат с асинхронным движением насадки: 1 – корпус; 2, 6 – входной и выходной патрубки для легкой жидкости; 3, 10 – входной и выходной патрубки для тяжелой жидкости; 4 – распределитель; 5 – тяга; 7 – насадка; 8 – гибкие элементы; 9 – груз С указанной целью разработаны также аппараты, в которых насадка, выполненная в виде верти- кальных перфорированных пластин, совершает колебания в горизонтальной плоскости (рис. 3.17). Гельпериным Н.И. предложен аппарат, конструкция которого позволяет создавать асинхронные колебания дисков насадки в направлении, наклонном к продольной оси корпуса. Если в корпусе ап- парата установить несколько вертикальных перфорированных пластин и заставить их совершать колебания в горизонтальной плоскости, то такой аппарат будет обладать большой производитель- ностью и высокой эффективностью. Высокая производительность объясняется большим свободным сечением такого аппарата, которое может достигать 90 % и более. Высокая эффективность достига- ется за счет того, что струи рабочих сред, возникающие при колебаниях перфорированных пластин, направлены в горизонтальной плоскости. Это позволяет активизировать поперечное и снизить про- дольное перемещение (рис. 3.17). В емкостных аппаратах, снабженных вибрирующими перемешивающими устройствами (рис. 3.18), удается получать гидродинамический режим, близкий к идеальному смешению. Поэтому они являются весьма перспективными для проведения в промышленном масштабе процессов растворе- ния, выщелачивания, эмульгирования, перемешивания, фильтрования, а также для экстракционных, сорбционных, ионообменных и других процессов. По сравнению с вращающимися мешалками, вибрационные мешалки имеют пре- имущество в том, что они создают активное перемешивание в вертикальном направлении без обра- зования воронки на поверхности жидкости. Время, необходимое для растворения, гомо- генизации или диспергирования, при вибрационном перемешивании Рис. 3.18 Емкостной аппарат с вибрирующим перемешивающим устройством: 1 – корпус; 2 – соленоидные катушки; 3 – кожух; 4 – магнитный сердечник; 5 – перфорированные диски; 6 – рубашка; 7 – штанга существенно сокращается. Поверхность перемешиваемой жидкости даже при больших ампли- тудах колебаний остается спокойной и ровной, не происходит ни разбрызгивания, ни повышенного испарения с поверхности. Вибрационные мешалки бывают одно- и многодисковые [15]. В свою очередь многодисковые имеют синхронное и асинхронное движение вибрирующих дисков. |